Diesel Engine Fundamentals ~ Marine Notes

Diesel Engine Fundamentals

TABLE OF CONTENTS

LIST OF FIGURES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii

LIST OF TABLES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv

REFERENCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v

OBJECTIVES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi

DIESEL ENGINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Diesel Engines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Major Components of a Diesel Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Diesel Engine Support Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Exhaust System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Operational Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

FUNDAMENTALS OF THE DIESEL CYCLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

The Basic Diesel Cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

The Four-Stoke Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

The Two-Stroke Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

DIESEL ENGINE SPEED, FUEL CONTROLS,

AND PROTECTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Engine Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Fuel Injectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Operation of a Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Starting Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Engine Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Figure 1 Example of a Large Skid-Mounted, Diesel-Driven Generator . . . . . . . . . . . . . . 2

Figure 2 Cutaway of a Four-Stroke Supercharged Diesel Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Figure 3 Cross Section of a V-type Four Stroke Diesel Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Figure 4 The Cylinder Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Figure 5 Diesel Engine Wet Cylinder Sleeve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Figure 6 Piston and Piston Rod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Figure 7 Diesel Engine Crankshaft and Bearings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Figure 8 Diesel Engine Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Figure 9 Diesel Engine Camshaft and Drive Gear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Figure 10 Diesel Engine Valve Train . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Figure 11 Diesel Engine Cooling System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Figure 12 Diesel Engine Internal Lubrication System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Figure 13 Diesel Engine Fuel Flowpath . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Figure 14 Oil Bath Air Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Figure 15 Compression Ratio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Figure 16 Scavenging and Intake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Figure 17 Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Figure 18 Fuel Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Figure 19 Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Figure 20 Exhaust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Figure 21 2-Stroke Exhaust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Figure 22 2-Stroke Intake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Figure 23 2-Stroke Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Figure 24 2-Stroke Fuel Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Figure 25 2-Stroke Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Figure 26 Fuel Injector Cutaway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Figure 27 Fuel Injector Plunger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Figure 28 Simplified Mechanical-Hydraulic Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Figure 29 Cutaway of a Woodward Governor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

References:

Benson & Whitehouse, Internal Combustion Engines, Pergamon.

Cheremisinoff, N. P., Fluid Flow, Pumps, Pipes and Channels, Ann Arbor Science.

Scheel, Gas and Air Compression Machinery, McGraw/Hill.

Skrotzki and Vopat, Steam and Gas Turbines, McGraw/Hill.

Stinson, Karl W., Diesel Engineering Handbook, Diesel Publications Incorporated.

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